第一章金屬塑性成形的物理基礎(chǔ)

1、合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第十二章 金屬塑性成形的物理基礎(chǔ)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第一節(jié) 概 述第二節(jié) 金屬在冷態(tài)下的塑性變形第三節(jié) 金屬的熱塑性變形第四節(jié) 對(duì)塑性和變形抗力的影響第五節(jié) 金屬的超塑性合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第一節(jié) 緒 論塑性： 材料在外力的作用下產(chǎn)生一定的永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性成形： 材料成形的基本方法之一，它是利用材料的塑性，在外力作用下獲得所需尺寸和形狀的工件的一

2、種加工方法，又稱為塑性加工。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理1、航空航天航空航天領(lǐng)域合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理2、武器裝備武器裝備領(lǐng)域合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理3、交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸領(lǐng)域合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理4、建筑建筑領(lǐng)域合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成

3、形基本原理材料成形基本原理5、家用電器家用電器領(lǐng)域合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理主要內(nèi)容一、金屬塑性成形的特點(diǎn)二、塑性成形工藝的分類(lèi)三、塑性變形成形理論的發(fā)展概況四、本課程的任務(wù) 本課程參考資料合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、金屬塑性成形的特點(diǎn)1、生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn) 沖硅鋼片的高速?zèng)_床的速度可達(dá)沖硅鋼片的高速?zèng)_床的速度可達(dá)2000次次/min; 鍛造一根汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸只需要鍛造一根汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸只需要40s；

4、M12l螺栓的冷鍛螺栓的冷鍛 210件件/ min。2、改善了金屬的組織和結(jié)構(gòu)和性能、改善了金屬的組織和結(jié)構(gòu)和性能 鋼錠內(nèi)部的組織缺陷，如疏松、晶粒粗大，經(jīng)塑性變形后，組織變鋼錠內(nèi)部的組織缺陷，如疏松、晶粒粗大，經(jīng)塑性變形后，組織變得致密，夾雜物被擊碎；得致密，夾雜物被擊碎； 與機(jī)械加工相比，金屬的纖維組織不會(huì)被切斷，因而結(jié)構(gòu)性能得到與機(jī)械加工相比，金屬的纖維組織不會(huì)被切斷，因而結(jié)構(gòu)性能得到提高。提高。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理機(jī)械加工機(jī)械加工塑性加工塑性加工合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家

5、級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理 3、 材料利用率高材料利用率高 金屬塑性成形主要靠金屬的體積轉(zhuǎn)移來(lái)獲得一定的形狀金屬塑性成形主要靠金屬的體積轉(zhuǎn)移來(lái)獲得一定的形狀和尺寸，無(wú)切削，只有少量的工藝廢料，因此材料利用率高，和尺寸，無(wú)切削，只有少量的工藝廢料，因此材料利用率高， 一般可達(dá)一般可達(dá)75%85%，最高可達(dá)，最高可達(dá)98%以上。以上。 4、尺寸精度高、尺寸精度高 精密鍛造、精密擠壓、精密沖裁零件，可以達(dá)到不需機(jī)精密鍛造、精密擠壓、精密沖裁零件，可以達(dá)到不需機(jī)械加工就可以使用的程度械加工就可以使用的程度。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基

6、本原理材料成形基本原理二、塑性成形工藝的分類(lèi)二、塑性成形工藝的分類(lèi) 體積成形體積成形 （熱加工）（熱加工） 板料成形板料成形 （冷加工）（冷加工） 鍛造鍛造軋制軋制自由鍛造自由鍛造拉拔拉拔擠壓擠壓 模模鍛鍛成形工序成形工序 分離工序分離工序 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理軋制軋制擠壓擠壓 拉拔拉拔 自由鍛自由鍛開(kāi)式模鍛開(kāi)式模鍛沖裁沖裁拉深拉深閉式模鍛閉式模鍛合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃

7、教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理臥式擠壓機(jī)臥式擠壓機(jī)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作

8、普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理三、塑性變形成形理論的發(fā)展概況 塑性成形力學(xué)，是在塑性理論（或塑性力學(xué)）的發(fā)展和應(yīng)用中逐漸形成塑性成形力學(xué)，是在塑性理論（或塑性力學(xué)）的發(fā)展和應(yīng)用中逐漸形成的：的： 1864年法國(guó)工程師年法國(guó)工程師H.Tresca首次提出最大切應(yīng)力屈服準(zhǔn)則首次提出最大切應(yīng)力屈服準(zhǔn)則 1925年德國(guó)卡爾曼用初等應(yīng)力法建立了軋制時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律；年德國(guó)卡爾曼用初等應(yīng)力法建立了軋制時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律； 薩克斯和齊別爾提出了切塊法即主應(yīng)力法；薩克斯和齊

9、別爾提出了切塊法即主應(yīng)力法； 再后來(lái)，滑移線法、上限法、有限元法等相繼得到發(fā)展。再后來(lái)，滑移線法、上限法、有限元法等相繼得到發(fā)展。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理四、本課程的任務(wù)（一）增量理論增量理論 ：1 1、Levy-MisesLevy-Mises（米塞斯）增量理論（米塞斯）增量理論 2 2、Prandtl-ReussPrandtl-Reuss（羅伊斯）理論（羅伊斯）理論合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理本課程的任務(wù)（二）合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制

10、作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理本課程的任務(wù)（三）合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理本課程參考資料1、俞漢清陳金德編俞漢清陳金德編 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 機(jī)工社出版機(jī)工社出版2、萬(wàn)勝狄主編金屬塑性成形原理、萬(wàn)勝狄主編金屬塑性成形原理 機(jī)工社出版機(jī)工社出版3、汪大年主編金屬塑性成形原理、汪大年主編金屬塑性成形原理 機(jī)工社出版機(jī)工社出版合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第二節(jié)金屬在冷態(tài)下的塑性變形一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

11、和組織一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織二、二、金屬冷態(tài)下的塑性變形機(jī)理金屬冷態(tài)下的塑性變形機(jī)理三、三、合金的塑性變形合金的塑性變形四、四、冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織 晶界：晶粒之間為晶界，晶界：晶粒之間為晶界，晶界表現(xiàn)出許多與晶粒內(nèi)部不同的晶界表現(xiàn)出許多與晶粒內(nèi)部不同的性質(zhì)；如：性質(zhì)；如：室溫時(shí)晶界的強(qiáng)度和硬度高于晶內(nèi)，高溫時(shí)則相反；室溫時(shí)晶界的強(qiáng)度和硬度高于晶內(nèi)，高溫時(shí)則相反；晶界中原子的擴(kuò)散速度比晶內(nèi)原子快得多；

12、晶界中原子的擴(kuò)散速度比晶內(nèi)原子快得多；晶界的熔點(diǎn)低于晶內(nèi)；晶界容易被腐蝕等。晶界的熔點(diǎn)低于晶內(nèi)；晶界容易被腐蝕等。多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶界變形多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶界變形合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合金：由兩種或兩種以上的金屬構(gòu)成，按組織特征分為單相合金：由兩種或兩種以上的金屬構(gòu)成，按組織特征分為單相合金（以基體金屬為基的單相固溶體組織）和多相合金合金（以基體金屬為基的單相固溶體組織）和多相合金（除基體外，還有第二相）。（除基體外，還有第二相）。多晶體：由許多大小、形狀和位向都不同的晶粒組成，晶粒多晶

13、體：由許多大小、形狀和位向都不同的晶粒組成，晶粒之間存在晶界之間存在晶界 。變形的不均勻性和各晶粒變形的相互協(xié)。變形的不均勻性和各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性是其變形的主要特點(diǎn)。調(diào)性是其變形的主要特點(diǎn)。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理二、金屬冷態(tài)下的塑性變形機(jī)理 晶內(nèi)變形的主要方式為滑移和孿生，其中滑移是主要的晶內(nèi)變形的主要方式為滑移和孿生，其中滑移是主要的 （一）晶內(nèi)變形（一）晶內(nèi)變形 1滑移滑移 動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示滑移：在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分與另一部分沿一定的晶面（滑滑移：在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分與另一部分沿一定的

14、晶面（滑移面：原子密度最大或比較大的晶面）和晶向（滑移方向：原子密度移面：原子密度最大或比較大的晶面）和晶向（滑移方向：原子密度最大的密排方向）產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。一個(gè)滑移面和該面上的一個(gè)滑移方最大的密排方向）產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。一個(gè)滑移面和該面上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成滑移系。向構(gòu)成滑移系?；频慕Y(jié)果使大量的原子逐步發(fā)生遷移，從而產(chǎn)生宏觀的塑性變形。滑移的結(jié)果使大量的原子逐步發(fā)生遷移，從而產(chǎn)生宏觀的塑性變形。晶內(nèi)滑移受到晶界的阻礙，還受到周?chē)y滑移晶粒的阻礙。而且，隨變晶內(nèi)滑移受到晶界的阻礙，還受到周?chē)y滑移晶粒的阻礙。而且，隨變形增加，還會(huì)發(fā)生多系滑移，滑移面還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲等。形增加，還會(huì)發(fā)生多系滑移，

15、滑移面還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲等。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理圖圖12-3滑移方向與滑滑移方向與滑移面移面圖12-4滑移面上的切應(yīng)力分析coscos其中：其中： 為橫為橫截面上的拉應(yīng)截面上的拉應(yīng)力，力， 稱為取稱為取向因子向因子 = =45時(shí)，時(shí)， 最大，切應(yīng)力最大，切應(yīng)力最大，滑移系最大，滑移系處于最佳取向。處于最佳取向。coscos軟取向：軟取向： =0.5或接近于或接近于0.5的取向的取向硬取向：硬取向： =0或接近于或接近于0的取向的取向 多晶體只有處于軟取向的滑移面最先多晶體只有處于軟取向的滑移面最先滑移滑移 注：?jiǎn)?/p>

16、晶體的臨界切應(yīng)力，不隨取向因子的變化而變化注：?jiǎn)尉w的臨界切應(yīng)力，不隨取向因子的變化而變化合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理2孿生孿生 動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示孿生變形：在切應(yīng)力的作用下，晶體的變形部分與未變形部分形成以孿孿生變形：在切應(yīng)力的作用下，晶體的變形部分與未變形部分形成以孿晶面為分界面成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系晶面為分界面成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系孿生變形孿生變形所需的切應(yīng)力大于滑移變形時(shí)所需的切應(yīng)力。所以，滑移是優(yōu)所需的切應(yīng)力大于滑移變形時(shí)所需的切應(yīng)力。所以，滑移是優(yōu)先發(fā)生的變形方式。先發(fā)生的變形方式。發(fā)生孿生變形的發(fā)生孿生變形的條件

17、條件主要與主要與晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)、變形溫度變形溫度和和變形速度變形速度有關(guān)：密排有關(guān)：密排立方和體心立方的金屬易發(fā)生孿生變形，一般在沖擊載荷和較低溫度立方和體心立方的金屬易發(fā)生孿生變形，一般在沖擊載荷和較低溫度下易發(fā)生孿生變形。下易發(fā)生孿生變形。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理如如 密排立方（鋅、鎂）密排立方（鋅、鎂） 常溫、慢速拉伸常溫、慢速拉伸 體心立方（體心立方（ 鐵）鐵） 室溫、沖擊載荷室溫、沖擊載荷 或或 低溫、不太大的變形速率低溫、不太大的變形速率 面心立方（純銅）面心立方（純銅） 特別低的溫度（特別低的溫度（-

18、230）注：孿生變形引起的變形量是較小的，因此，晶體的塑性變注：孿生變形引起的變形量是較小的，因此，晶體的塑性變形主要依靠滑移變形。形主要依靠滑移變形。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（二）晶間變形（二）晶間變形晶間變形的方式包括晶粒間的相互晶間變形的方式包括晶粒間的相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑒?dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。在外力的作用下，當(dāng)沿晶界處的切應(yīng)力足以克服晶粒相互滑在外力的作用下，當(dāng)沿晶界處的切應(yīng)力足以克服晶粒相互滑動(dòng)的阻力時(shí)，晶粒間發(fā)生相互滑動(dòng)。動(dòng)的阻力時(shí)，晶粒間發(fā)生相互滑動(dòng)。多晶體變形的不均勻性使得在相鄰的晶粒間產(chǎn)生了力偶，造多晶體變形的不

19、均勻性使得在相鄰的晶粒間產(chǎn)生了力偶，造成晶粒間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。成晶粒間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。晶粒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果可使已發(fā)生滑移的晶粒逐漸轉(zhuǎn)到位向不晶粒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果可使已發(fā)生滑移的晶粒逐漸轉(zhuǎn)到位向不利的位置而停止滑移，而使另外一些晶粒轉(zhuǎn)至有利的位向利的位置而停止滑移，而使另外一些晶粒轉(zhuǎn)至有利的位向而發(fā)生滑移。而發(fā)生滑移。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理多晶體的滑移晶粒之間的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（三）晶界變形 低溫時(shí)，晶界處原子排列極不規(guī)則，并聚

20、集著較多的低溫時(shí)，晶界處原子排列極不規(guī)則，并聚集著較多的雜質(zhì)原子，使滑移受到阻礙，雜質(zhì)原子，使滑移受到阻礙，變形阻力較大變形阻力較大。 其次，由一個(gè)晶粒到另一個(gè)晶粒的位向有突變，即晶其次，由一個(gè)晶粒到另一個(gè)晶粒的位向有突變，即晶界處晶粒的結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，因此，晶界處各晶粒相互制界處晶粒的結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，因此，晶界處各晶粒相互制約約晶界變形困難晶界變形困難。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理 多晶體金屬的多晶體金屬的晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界面積越大，滑單位體積內(nèi)的晶界面積越大，滑移在相近的晶粒間傳播所需要的能量越多，塑

21、性變形抗力大，移在相近的晶粒間傳播所需要的能量越多，塑性變形抗力大，強(qiáng)度較高強(qiáng)度較高； 而且而且單位體積內(nèi)位向有利的晶粒單位體積內(nèi)位向有利的晶粒也越也越多多，變形分布較均變形分布較均勻，塑性較好勻，塑性較好。 因此，細(xì)晶金屬不容易產(chǎn)生裂紋，發(fā)生裂紋后也不容易因此，細(xì)晶金屬不容易產(chǎn)生裂紋，發(fā)生裂紋后也不容易擴(kuò)展，因此細(xì)晶金屬的韌性也較好。擴(kuò)展，因此細(xì)晶金屬的韌性也較好。 這就是可以通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高金屬材料綜合性能的原這就是可以通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高金屬材料綜合性能的原因。因。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理三、合金的塑性變形 合

22、金具有純金屬不可比擬的力學(xué)性能和特殊的物理、化合金具有純金屬不可比擬的力學(xué)性能和特殊的物理、化學(xué)性能。學(xué)性能。合金的相結(jié)構(gòu)有兩大類(lèi)：合金的相結(jié)構(gòu)有兩大類(lèi)： 固溶體（如鋼中的鐵素體）固溶體（如鋼中的鐵素體） 化合物（鋼中的化合物（鋼中的FeFe3 3C C） 常見(jiàn)的合金組織有兩大類(lèi)：常見(jiàn)的合金組織有兩大類(lèi)： 單相固溶體合金單相固溶體合金 兩相或多相合金兩相或多相合金合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（一）單相固溶體合金的塑性變形 單相固溶體合金的塑性變形與多晶體純金屬相似，也是滑移和孿生，單相固溶體合金的塑性變形與多晶體純金屬相

23、似，也是滑移和孿生，變形時(shí)同樣受到相鄰晶粒的影響。變形時(shí)同樣受到相鄰晶粒的影響。 但溶質(zhì)原子溶入后，使其塑性變形抗力增大，合金強(qiáng)度、硬度提高但溶質(zhì)原子溶入后，使其塑性變形抗力增大，合金強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降，并有較大的加工硬化率。這種現(xiàn)象而塑性、韌性下降，并有較大的加工硬化率。這種現(xiàn)象叫做固溶強(qiáng)化叫做固溶強(qiáng)化。（溶質(zhì)原子造成晶格畸變，晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難以進(jìn)行 ）是由溶質(zhì)原子阻礙金屬中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的。是由溶質(zhì)原子阻礙金屬中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（二）多相合金的塑性變形

24、多相合金（兩相合金）中的第二相可以是純金屬、固多相合金（兩相合金）中的第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，起強(qiáng)化作用的主要是硬而脆的化合物。溶體或化合物，起強(qiáng)化作用的主要是硬而脆的化合物。 合金的塑性變形在很大程度上取決于第二相的數(shù)量、合金的塑性變形在很大程度上取決于第二相的數(shù)量、形狀、大小和分布的形態(tài)。但從變形的機(jī)理來(lái)說(shuō)，仍然是形狀、大小和分布的形態(tài)。但從變形的機(jī)理來(lái)說(shuō)，仍然是滑移和孿生滑移和孿生第二相以連續(xù)網(wǎng)狀分布在基體晶粒的邊界上第二相以連續(xù)網(wǎng)狀分布在基體晶粒的邊界上 隨著第二相數(shù)量的增加，合金的強(qiáng)度和塑性皆下降。隨著第二相數(shù)量的增加，合金的強(qiáng)度和塑性皆下降。第二相以彌散質(zhì)點(diǎn)（顆粒）分布

25、在基體晶粒內(nèi)部第二相以彌散質(zhì)點(diǎn)（顆粒）分布在基體晶粒內(nèi)部 合金的強(qiáng)度顯著提高而對(duì)塑性和韌性的影響較小。合金的強(qiáng)度顯著提高而對(duì)塑性和韌性的影響較小。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理彌散強(qiáng)化：第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形式存在而使合金顯著強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形式存在而使合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱彌散強(qiáng)化。的現(xiàn)象稱彌散強(qiáng)化。一方面，相界（即晶界）面積顯著增多并使周?chē)Ц癜l(fā)生顯一方面，相界（即晶界）面積顯著增多并使周?chē)Ц癜l(fā)生顯著畸變，從而使滑移阻力增加。著畸變，從而使滑移阻力增加。另一方面，第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。因此，粒子越細(xì)，

26、另一方面，第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。因此，粒子越細(xì)，彌散分布越好，強(qiáng)化的效果越好。彌散分布越好，強(qiáng)化的效果越好。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理兩相合金的顯微組織兩相合金的顯微組織合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理四、冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響（一）對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響（一）對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；晶粒的形晶粒的形狀狀發(fā)生變化：發(fā)生變化：隨變形程度的增加，等軸晶沿變形隨變形程度的增加，等軸晶沿變形方向逐步伸

27、長(zhǎng)，當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒組織成纖維狀；方向逐步伸長(zhǎng)，當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒組織成纖維狀；晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒在變形的同時(shí)，也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，晶粒在變形的同時(shí)，也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而形成變形織構(gòu)。形成變形織構(gòu)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理變形后變形后變形前變形前合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理拉拔形成的絲結(jié)構(gòu)拉拔形成的絲結(jié)構(gòu)拉拔后拉拔后軋制形成的板織

28、構(gòu)軋制形成的板織構(gòu)軋制前軋制前軋制后軋制后拉拔前拉拔前合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（二）對(duì)金屬性能的影響塑性變形改變了金屬內(nèi)部塑性變形改變了金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，因而改變的組織結(jié)構(gòu)，因而改變了金屬的力學(xué)性能。了金屬的力學(xué)性能。隨著變形程度的增加，金隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性相應(yīng)下降。而塑性和韌性相應(yīng)下降。即產(chǎn)生了加工硬化即產(chǎn)生了加工硬化合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理 加工硬化：在常溫狀態(tài)下，金屬的流動(dòng)應(yīng)力

29、隨變形程加工硬化：在常溫狀態(tài)下，金屬的流動(dòng)應(yīng)力隨變形程度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去，就需要增加變形度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去，就需要增加變形外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為加工硬化加工硬化。 這主要是由于塑性變形引起位錯(cuò)密度增大，導(dǎo)致位錯(cuò)這主要是由于塑性變形引起位錯(cuò)密度增大，導(dǎo)致位錯(cuò)之間交互作用增強(qiáng)，大量形成纏結(jié)、不動(dòng)位錯(cuò)等障礙，形之間交互作用增強(qiáng)，大量形成纏結(jié)、不動(dòng)位錯(cuò)等障礙，形成高密度的成高密度的“位錯(cuò)林位錯(cuò)林”，使其余位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，于是，使其余位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，于是塑性變形抗力提高。塑性變形抗力提高。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十

30、一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理加工硬化的兩面性：加工硬化的兩面性：一方面，它能提高金屬的強(qiáng)度，可作為強(qiáng)化金屬的一種手段一方面，它能提高金屬的強(qiáng)度，可作為強(qiáng)化金屬的一種手段（形變強(qiáng)化）；還可以改善一些冷加工工藝性能，使塑性（形變強(qiáng)化）；還可以改善一些冷加工工藝性能，使塑性變形能夠較均勻地分布于整個(gè)工件；變形能夠較均勻地分布于整個(gè)工件；另一方面，它又增加了變形的困難，提高了變形抗力，甚至另一方面，它又增加了變形的困難，提高了變形抗力，甚至降低了金屬的塑性。降低了金屬的塑性。 注：加工硬化既是金屬塑性變形的特征，也是強(qiáng)化金屬的重要手段注：加工硬化既是金屬塑性變形的特征，也是強(qiáng)化

31、金屬的重要手段。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第三節(jié)金屬的熱塑性變形熱塑性變形熱塑性變形 ： 金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形，稱為熱塑性變形金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形，稱為熱塑性變形。 熱塑性變形過(guò)程中，回復(fù)、再結(jié)晶和加工硬化同時(shí)發(fā)熱塑性變形過(guò)程中，回復(fù)、再結(jié)晶和加工硬化同時(shí)發(fā)生，加工硬化不斷被回復(fù)和再結(jié)晶等軟化過(guò)程所抵消，金生，加工硬化不斷被回復(fù)和再結(jié)晶等軟化過(guò)程所抵消，金屬處于高塑性、低變形抗力的狀態(tài)。屬處于高塑性、低變形抗力的狀態(tài)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料

32、成形基本原理主要內(nèi)容一、一、熱塑性變形時(shí)金屬的軟化過(guò)程熱塑性變形時(shí)金屬的軟化過(guò)程二、二、熱塑性變形機(jī)理熱塑性變形機(jī)理三、三、雙相合金熱塑性變形的特點(diǎn)雙相合金熱塑性變形的特點(diǎn)四、四、熱塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響熱塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、熱塑性變形時(shí)金屬的軟化過(guò)程 熱塑性變形時(shí)金屬的軟化過(guò)程比較復(fù)雜，它熱塑性變形時(shí)金屬的軟化過(guò)程比較復(fù)雜，它與變形溫度、應(yīng)變速率、變形程度和金屬本身的與變形溫度、應(yīng)變速率、變形程度和金屬本身的性質(zhì)有關(guān)，主要有靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)性質(zhì)有關(guān)，主要有靜態(tài)

33、回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等。回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理1、回復(fù)和再結(jié)晶 從熱力學(xué)角度來(lái)看，變形引起加工硬化，晶體缺陷增多，從熱力學(xué)角度來(lái)看，變形引起加工硬化，晶體缺陷增多，金屬畸變內(nèi)能增加，原子處于不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)，具有金屬畸變內(nèi)能增加，原子處于不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)，具有向低自由能狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。當(dāng)加熱升溫時(shí)，原子具有相當(dāng)向低自由能狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。當(dāng)加熱升溫時(shí)，原子具有相當(dāng)?shù)臄U(kuò)散能力，變形后的金屬自發(fā)地向低自由能狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這的擴(kuò)散能力，變形后的金屬自發(fā)地

34、向低自由能狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為回復(fù)和再結(jié)晶，這一過(guò)程伴隨有晶粒長(zhǎng)大。一轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為回復(fù)和再結(jié)晶，這一過(guò)程伴隨有晶粒長(zhǎng)大。 回復(fù)往往是在較低的溫度下或較早的階段發(fā)生的過(guò)程，回復(fù)往往是在較低的溫度下或較早的階段發(fā)生的過(guò)程，再結(jié)晶則是在較高的溫度下或較晚的階段發(fā)生的轉(zhuǎn)變。再結(jié)晶則是在較高的溫度下或較晚的階段發(fā)生的轉(zhuǎn)變。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理1靜態(tài)回復(fù) 在回復(fù)階段，金屬的強(qiáng)度、硬度有所下降，塑性、韌性有所提高；但在回復(fù)階段，金屬的強(qiáng)度、硬度有所下降，塑性、韌性有所提高；但顯微組織沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，因?yàn)樵诨貜?fù)溫度范圍

35、內(nèi)，原子只在晶內(nèi)作短顯微組織沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，因?yàn)樵诨貜?fù)溫度范圍內(nèi)，原子只在晶內(nèi)作短程擴(kuò)散，使點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，改變了數(shù)量和狀態(tài)的分布。程擴(kuò)散，使點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，改變了數(shù)量和狀態(tài)的分布。 低溫回復(fù)（低溫回復(fù)（0.10.3）Tm時(shí)，回復(fù)的主要機(jī)理是點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)和互相結(jié)時(shí)，回復(fù)的主要機(jī)理是點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)和互相結(jié)合，使點(diǎn)缺陷的濃度下降。合，使點(diǎn)缺陷的濃度下降。 中溫回復(fù)（中溫回復(fù)（0.30.5）Tm時(shí)，位錯(cuò)團(tuán)內(nèi)部位錯(cuò)重新組合和調(diào)整、位錯(cuò)時(shí)，位錯(cuò)團(tuán)內(nèi)部位錯(cuò)重新組合和調(diào)整、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和異號(hào)位錯(cuò)互毀，導(dǎo)致位錯(cuò)團(tuán)厚度變薄，位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)清晰，晶界位錯(cuò)密度運(yùn)動(dòng)和異號(hào)位錯(cuò)互毀，導(dǎo)致位錯(cuò)團(tuán)厚度變薄，位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)清晰，晶

36、界位錯(cuò)密度下降，亞晶緩慢長(zhǎng)大。下降，亞晶緩慢長(zhǎng)大。 高溫回復(fù)發(fā)生時(shí)（高溫回復(fù)發(fā)生時(shí)（T0.5Tm），發(fā)生位錯(cuò)攀移，亞晶合并和多邊形化現(xiàn)），發(fā)生位錯(cuò)攀移，亞晶合并和多邊形化現(xiàn)象。象。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理靜態(tài)再結(jié)晶靜態(tài)再結(jié)晶 冷變形金屬加熱到一定溫度后，會(huì)發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，用新的無(wú)冷變形金屬加熱到一定溫度后，會(huì)發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，用新的無(wú)畸變的等軸晶，取代金屬的冷變形組織?；兊牡容S晶，取代金屬的冷變形組織。 與回復(fù)不同，再結(jié)晶使金屬的顯微組織徹底改變或改組，使其在與回復(fù)不同，再結(jié)晶使金屬的顯微組織徹底改變或改組，使其在

37、性能上也發(fā)生很大變化，如強(qiáng)度、硬度顯著降低，塑性大大提高，加性能上也發(fā)生很大變化，如強(qiáng)度、硬度顯著降低，塑性大大提高，加工硬化和內(nèi)應(yīng)力完全消除，物理性能得到恢復(fù)等。工硬化和內(nèi)應(yīng)力完全消除，物理性能得到恢復(fù)等。 但是，再結(jié)晶并不是一個(gè)簡(jiǎn)單地使金屬的組織恢復(fù)到變形前的狀但是，再結(jié)晶并不是一個(gè)簡(jiǎn)單地使金屬的組織恢復(fù)到變形前的狀態(tài)的過(guò)程，可以通過(guò)控制變形和再結(jié)晶條件，調(diào)整再結(jié)晶晶粒的大小態(tài)的過(guò)程，可以通過(guò)控制變形和再結(jié)晶條件，調(diào)整再結(jié)晶晶粒的大小和再結(jié)晶的體積數(shù)，用這種方式和手段來(lái)改善和控制金屬組織和性能和再結(jié)晶的體積數(shù)，用這種方式和手段來(lái)改善和控制金屬組織和性能。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普

38、通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理圖圖12-16回復(fù)和再回復(fù)和再結(jié)晶對(duì)金屬組織和性結(jié)晶對(duì)金屬組織和性能的變化能的變化合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理 回回 復(fù)復(fù) 再再 結(jié)結(jié) 晶晶晶晶 粒粒 長(zhǎng)長(zhǎng) 大大發(fā)生溫度發(fā)生溫度較低溫度較低溫度較高溫度較高溫度更高溫度更高溫度轉(zhuǎn)變機(jī)制轉(zhuǎn)變機(jī)制原子活動(dòng)能量小，空位原子活動(dòng)能量小，空位移動(dòng)使晶格扭曲恢復(fù)。移動(dòng)使晶格扭曲恢復(fù)。位錯(cuò)短程移動(dòng)，適當(dāng)集位錯(cuò)短程移動(dòng)，適當(dāng)集中形成規(guī)則排列中形成規(guī)則排列原子擴(kuò)散能力大，新晶粒在原子擴(kuò)散能力大，新晶粒在嚴(yán)重畸變組織中形核和生

39、長(zhǎng)，嚴(yán)重畸變組織中形核和生長(zhǎng)，直至畸變晶粒完全消失，但直至畸變晶粒完全消失，但無(wú)晶格類(lèi)型轉(zhuǎn)變無(wú)晶格類(lèi)型轉(zhuǎn)變新生晶粒中大晶新生晶粒中大晶粒吞并小晶粒，粒吞并小晶粒，晶界位移晶界位移組織變化組織變化金相顯微鏡下觀察組織金相顯微鏡下觀察組織無(wú)變化。宏觀內(nèi)應(yīng)力和無(wú)變化。宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力有較大下降微觀內(nèi)應(yīng)力有較大下降形成新的等軸晶粒，有時(shí)還形成新的等軸晶粒，有時(shí)還產(chǎn)生再結(jié)晶織構(gòu)，位錯(cuò)密度產(chǎn)生再結(jié)晶織構(gòu)，位錯(cuò)密度大大下降大大下降晶粒明顯長(zhǎng)大晶粒明顯長(zhǎng)大性能變化性能變化強(qiáng)度、硬度略有下降，強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有上升，電阻率塑性略有上升，電阻率明顯下降明顯下降強(qiáng)度、硬度明顯下降，加工強(qiáng)度、硬度明顯

40、下降，加工硬化基本消除。塑性上升硬化基本消除。塑性上升使性能惡化，塑使性能惡化，塑性明顯下降性明顯下降應(yīng)用說(shuō)明應(yīng)用說(shuō)明去應(yīng)力退火工藝，一般去應(yīng)力退火工藝，一般只有回復(fù)轉(zhuǎn)變只有回復(fù)轉(zhuǎn)變?cè)俳Y(jié)晶退火可消除加工硬化再結(jié)晶退火可消除加工硬化效果，消除組織各向異性效果，消除組織各向異性應(yīng)在工藝處理過(guò)應(yīng)在工藝處理過(guò)程中防止產(chǎn)生程中防止產(chǎn)生合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理動(dòng)態(tài)回復(fù) 動(dòng)態(tài)回復(fù)發(fā)生在熱塑性變形過(guò)程中，它對(duì)軟化金屬起著重要的作動(dòng)態(tài)回復(fù)發(fā)生在熱塑性變形過(guò)程中，它對(duì)軟化金屬起著重要的作用。用。 動(dòng)態(tài)回復(fù)主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移來(lái)實(shí)

41、現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)回復(fù)主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 層錯(cuò)能高，變形位錯(cuò)的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行，位錯(cuò)容易在滑層錯(cuò)能高，變形位錯(cuò)的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行，位錯(cuò)容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，其結(jié)果是位錯(cuò)密度下降，畸變能移面間轉(zhuǎn)移，使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，其結(jié)果是位錯(cuò)密度下降，畸變能降低，達(dá)不到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的能量水平。降低，達(dá)不到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的能量水平。 所以動(dòng)態(tài)回復(fù)是層錯(cuò)能高的金屬熱變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。所以動(dòng)態(tài)回復(fù)是層錯(cuò)能高的金屬熱變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 在熱塑

42、性變形過(guò)程中發(fā)生的，層錯(cuò)能低的金屬在變形在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的，層錯(cuò)能低的金屬在變形量很大時(shí)才可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因?yàn)閷渝e(cuò)能低時(shí)，不易量很大時(shí)才可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因?yàn)閷渝e(cuò)能低時(shí)，不易進(jìn)行位錯(cuò)的交滑移和攀移。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶需要一定的驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)行位錯(cuò)的交滑移和攀移。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶需要一定的驅(qū)動(dòng)力，只有畸變能差積累到一定水平時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才能啟動(dòng)，只有畸變能差積累到一定水平時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才能啟動(dòng)，否則只能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。只有當(dāng)變形程度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)否則只能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。只有當(dāng)變形程度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶所需的臨界變形程度時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才會(huì)發(fā)生。晶所需的臨界變形程度時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才會(huì)發(fā)生。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與

43、工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除與金屬的層錯(cuò)能高低有關(guān)外，還與晶動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除與金屬的層錯(cuò)能高低有關(guān)外，還與晶界遷移的難易程度有關(guān)。界遷移的難易程度有關(guān)。 金屬越純，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。溶質(zhì)原子固金屬越純，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。溶質(zhì)原子固溶于金屬基體，彌散的第二相粒子，都會(huì)嚴(yán)重阻礙晶界的溶于金屬基體，彌散的第二相粒子，都會(huì)嚴(yán)重阻礙晶界的遷移，減緩或遏止動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。遷移，減緩或遏止動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理動(dòng)態(tài)

44、再結(jié)晶動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒度大小與變形程度、應(yīng)變速率和變形溫的晶粒度大小與變形程度、應(yīng)變速率和變形溫度有關(guān)，一般是降低變形溫度、提高應(yīng)變速率和變形程度，度有關(guān)，一般是降低變形溫度、提高應(yīng)變速率和變形程度，會(huì)使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒變細(xì)，而細(xì)小的晶粒組織具有更會(huì)使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒變細(xì)，而細(xì)小的晶粒組織具有更高的變形抗力。高的變形抗力。 因此，可以通過(guò)控制變形溫度、速率和變形程度來(lái)調(diào)因此，可以通過(guò)控制變形溫度、速率和變形程度來(lái)調(diào)節(jié)晶粒組織的粗細(xì)和它的力學(xué)機(jī)械性能。節(jié)晶粒組織的粗細(xì)和它的力學(xué)機(jī)械性能。在在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過(guò)程中，由變形引起的硬化過(guò)程和由再結(jié)的過(guò)程中，由變形引起的硬化過(guò)程和由再結(jié)晶引起

45、的軟化過(guò)程相互平衡時(shí)，真實(shí)應(yīng)力趨于穩(wěn)定。晶引起的軟化過(guò)程相互平衡時(shí)，真實(shí)應(yīng)力趨于穩(wěn)定。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理二、熱塑性變形機(jī)理金屬熱塑性變形機(jī)理主要有以下幾種：金屬熱塑性變形機(jī)理主要有以下幾種： 晶內(nèi)滑移，晶內(nèi)孿生，晶界滑移，擴(kuò)散蠕變。晶內(nèi)滑移，晶內(nèi)孿生，晶界滑移，擴(kuò)散蠕變。 其中，晶內(nèi)滑移是最主要的行為方式；其中，晶內(nèi)滑移是最主要的行為方式； 孿生多發(fā)生在高溫高速變形；孿生多發(fā)生在高溫高速變形； 晶界滑移和擴(kuò)散蠕變只發(fā)生在高溫變形的時(shí)。晶界滑移和擴(kuò)散蠕變只發(fā)生在高溫變形的時(shí)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通

46、高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理1. 晶內(nèi)滑移 高溫時(shí)原子間距加大，原子的熱振動(dòng)和擴(kuò)散速度加快，高溫時(shí)原子間距加大，原子的熱振動(dòng)和擴(kuò)散速度加快，位錯(cuò)的活動(dòng)變得活躍起來(lái)，滑移、攀移、交滑移和位錯(cuò)結(jié)位錯(cuò)的活動(dòng)變得活躍起來(lái)，滑移、攀移、交滑移和位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)脫錨比低溫時(shí)容易；滑移系增多，改善了各晶粒之間的點(diǎn)脫錨比低溫時(shí)容易；滑移系增多，改善了各晶粒之間的變形協(xié)調(diào)性；同時(shí)在熱變形狀態(tài)下，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻變形協(xié)調(diào)性；同時(shí)在熱變形狀態(tài)下，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用相對(duì)減弱，位錯(cuò)有可能進(jìn)入晶界。礙作用相對(duì)減弱，位錯(cuò)有可能進(jìn)入晶界。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一

47、五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理2. 晶界滑移 熱塑性變形時(shí)，晶界強(qiáng)度較低，使得晶界滑動(dòng)變得容熱塑性變形時(shí)，晶界強(qiáng)度較低，使得晶界滑動(dòng)變得容易進(jìn)行。與冷變形相比，晶界滑動(dòng)的變形量要大得多。易進(jìn)行。與冷變形相比，晶界滑動(dòng)的變形量要大得多。 此外，改變變形條件，如降低應(yīng)變速率和減小晶粒尺寸，此外，改變變形條件，如降低應(yīng)變速率和減小晶粒尺寸，都有利于增大晶界滑動(dòng)量。都有利于增大晶界滑動(dòng)量。 三向壓應(yīng)力狀態(tài)有利于修復(fù)高溫晶界滑動(dòng)所產(chǎn)生的裂縫，三向壓應(yīng)力狀態(tài)有利于修復(fù)高溫晶界滑動(dòng)所產(chǎn)生的裂縫，擴(kuò)大晶界變形。但是，在常規(guī)條件下，晶界滑動(dòng)相對(duì)于晶擴(kuò)大晶界變形。但是，在常規(guī)條件下，晶界滑動(dòng)相

48、對(duì)于晶內(nèi)滑移變形量還是比較小的。內(nèi)滑移變形量還是比較小的。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理3. 擴(kuò)散蠕變擴(kuò)散蠕變是在應(yīng)力場(chǎng)作用下，由空位的定向移動(dòng)引起的。擴(kuò)散蠕變是在應(yīng)力場(chǎng)作用下，由空位的定向移動(dòng)引起的。 在一定溫度下，晶體中總存在一定數(shù)量的空位。顯然，空位旁在一定溫度下，晶體中總存在一定數(shù)量的空位。顯然，空位旁邊的原子容易跳入空位，相應(yīng)地在原子占據(jù)的結(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)新的空位，邊的原子容易跳入空位，相應(yīng)地在原子占據(jù)的結(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)新的空位，相當(dāng)于空位朝原子遷移的相反方向遷移。在應(yīng)力場(chǎng)作用下，受拉應(yīng)力相當(dāng)于空位朝原子遷移的相反方向遷移。

49、在應(yīng)力場(chǎng)作用下，受拉應(yīng)力的晶界的空位濃度高于其它部位的晶界，由于各部位空位的化學(xué)勢(shì)能的晶界的空位濃度高于其它部位的晶界，由于各部位空位的化學(xué)勢(shì)能差，而引起空位的定向轉(zhuǎn)移，即空位從垂直于拉應(yīng)力的晶界析出，而差，而引起空位的定向轉(zhuǎn)移，即空位從垂直于拉應(yīng)力的晶界析出，而被平行于拉應(yīng)力的晶界所吸收。被平行于拉應(yīng)力的晶界所吸收。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理三、雙相合金熱塑性變形的特點(diǎn) 1、彌散型雙相合金、彌散型雙相合金 第二相粒子對(duì)基體相變形和再結(jié)晶行為產(chǎn)生影響，從而第二相粒子對(duì)基體相變形和再結(jié)晶行為產(chǎn)生影響，從而對(duì)熱塑性變形產(chǎn)生

50、影響。對(duì)熱塑性變形產(chǎn)生影響。一方面，位錯(cuò)在第二相附近產(chǎn)生塞積，密度加大，分布一方面，位錯(cuò)在第二相附近產(chǎn)生塞積，密度加大，分布不均，有利于再結(jié)晶形核。但如果不均，有利于再結(jié)晶形核。但如果另一方面，當(dāng)彌散狀的第二相粒子直徑和間距較小，位另一方面，當(dāng)彌散狀的第二相粒子直徑和間距較小，位錯(cuò)的分布較為均勻，在熱變形中不易重新排列和形成大角度錯(cuò)的分布較為均勻，在熱變形中不易重新排列和形成大角度晶界，因而不利于再結(jié)晶形核。晶界，因而不利于再結(jié)晶形核。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理彌散的第二相粒子對(duì)晶界還具有釘扎作用，降低了晶彌散的第二相

51、粒子對(duì)晶界還具有釘扎作用，降低了晶界的可動(dòng)性，限制了高溫狀態(tài)下晶粒的長(zhǎng)大，限制了動(dòng)態(tài)再界的可動(dòng)性，限制了高溫狀態(tài)下晶粒的長(zhǎng)大，限制了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶和聚合再結(jié)晶的晶粒長(zhǎng)大。碳鋼中含有的結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶和聚合再結(jié)晶的晶粒長(zhǎng)大。碳鋼中含有的第二相粒子如第二相粒子如MnS、Al2O3、TiN、W、V、Zr等，都具等，都具有這種機(jī)械阻礙作用。有這種機(jī)械阻礙作用。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理聚合型雙相合金熱變形的再結(jié)晶行為與各相的性能和體積百分比有關(guān)。熱變形的再結(jié)晶行為與各相的性能和體積百分比有關(guān)。再結(jié)晶形核地點(diǎn)發(fā)生在位錯(cuò)數(shù)

52、量多且分布密集的區(qū)域。再結(jié)晶形核地點(diǎn)發(fā)生在位錯(cuò)數(shù)量多且分布密集的區(qū)域。變形小的相，再結(jié)晶的晶核只能在相界旁形成；變形小的相，再結(jié)晶的晶核只能在相界旁形成；變形大的那一相，既可以在相界旁形成，也可以在相內(nèi)完變形大的那一相，既可以在相界旁形成，也可以在相內(nèi)完成。成。由此造成的后果是熱變形時(shí)，金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)不均勻，產(chǎn)生由此造成的后果是熱變形時(shí)，金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)不均勻，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，也降低了合金的塑性變形能力。較大的內(nèi)應(yīng)力，也降低了合金的塑性變形能力。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第二相粒子，在較高的變形溫度和較低的應(yīng)變速率下，發(fā)第

53、二相粒子，在較高的變形溫度和較低的應(yīng)變速率下，發(fā)生粗化。在亞共析鋼和共析鋼中還能發(fā)生第二相球化。生粗化。在亞共析鋼和共析鋼中還能發(fā)生第二相球化。在較大的變形條件下，還可將第二相打碎，改變其分布，在較大的變形條件下，還可將第二相打碎，改變其分布，使第二相呈帶狀、線狀或鏈狀。使第二相呈帶狀、線狀或鏈狀。例如，低碳鋼在兩相區(qū)熱鍛時(shí)，會(huì)形成鐵素體帶狀組織。例如，低碳鋼在兩相區(qū)熱鍛時(shí)，會(huì)形成鐵素體帶狀組織。當(dāng)?shù)诙酁榈腿埸c(diǎn)純金屬相或共晶體分布于晶界時(shí)，第二相當(dāng)?shù)诙酁榈腿埸c(diǎn)純金屬相或共晶體分布于晶界時(shí)，第二相會(huì)發(fā)生局部熔化，形成熱脆現(xiàn)象，在熱鍛、熱軋時(shí)沿晶界開(kāi)會(huì)發(fā)生局部熔化，形成熱脆現(xiàn)象，在熱鍛、熱軋時(shí)

54、沿晶界開(kāi)裂，產(chǎn)生缺陷。裂，產(chǎn)生缺陷。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理四、熱塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1、改善晶粒組織、改善晶粒組織 經(jīng)熱塑性變形可獲得均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織，從而獲得經(jīng)熱塑性變形可獲得均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織，從而獲得較好的綜合機(jī)械性能。較好的綜合機(jī)械性能。2、鍛合內(nèi)部缺陷、鍛合內(nèi)部缺陷 鑄態(tài)金屬中的缺陷如疏松、空隙和微裂紋等，經(jīng)過(guò)鍛鑄態(tài)金屬中的缺陷如疏松、空隙和微裂紋等，經(jīng)過(guò)鍛造后被壓實(shí)，致密度得到提高。造后被壓實(shí)，致密度得到提高。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形

55、基本原理材料成形基本原理鋼錠鍛造過(guò)程中纖維組織形成示意圖3、形成纖維狀組織、形成纖維狀組織合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理4、改善碳化物和夾雜物分布、改善碳化物和夾雜物分布 可以使碳化物和夾雜物被擊碎，并均勻分布在基體中，可以使碳化物和夾雜物被擊碎，并均勻分布在基體中，削弱了對(duì)基體的破壞作用。削弱了對(duì)基體的破壞作用。 5、改善偏析、改善偏析 在熱塑性變形中，通過(guò)枝晶破碎和擴(kuò)散，可使鑄態(tài)金在熱塑性變形中，通過(guò)枝晶破碎和擴(kuò)散，可使鑄態(tài)金屬的偏析略有改善，鑄件的力學(xué)性能得到提高。屬的偏析略有改善，鑄件的力學(xué)性能得到提高。合肥工業(yè)大

56、學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理第四節(jié) 影響塑性和變形抗力的因素一、塑性、塑性指標(biāo)和塑性圖一、塑性、塑性指標(biāo)和塑性圖二、影響塑性的因素二、影響塑性的因素三、影響變形抗力的因素三、影響變形抗力的因素合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、塑性、塑性指標(biāo)和塑性圖一、塑性、塑性指標(biāo)和塑性圖塑性：金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的塑性：金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。能力。1 1、塑性反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力；、塑性反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能

57、力；2 2、塑性不是固定不變的，同一種材料，在不同的變形條件、塑性不是固定不變的，同一種材料，在不同的變形條件下，會(huì)表現(xiàn)出不同的塑性。下，會(huì)表現(xiàn)出不同的塑性。3 3、影響金屬塑性的因素主要有兩方面：、影響金屬塑性的因素主要有兩方面： 1 1）內(nèi)因：金屬本身的晶格類(lèi)型、化學(xué)成分和金相組織等；）內(nèi)因：金屬本身的晶格類(lèi)型、化學(xué)成分和金相組織等； 2 2）外因：變形時(shí)外部條件，如變形溫度和受力狀況等。）外因：變形時(shí)外部條件，如變形溫度和受力狀況等。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)： 為衡量金屬塑性的高低而確定的數(shù)量

58、上的指標(biāo)，一般以金為衡量金屬塑性的高低而確定的數(shù)量上的指標(biāo)，一般以金屬材料開(kāi)始發(fā)生破壞時(shí)的塑性變形量來(lái)表示屬材料開(kāi)始發(fā)生破壞時(shí)的塑性變形量來(lái)表示。常用的塑性指標(biāo)：常用的塑性指標(biāo)： 1 1、拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率、拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率( () ) %10000LLLk2 2、斷面收縮率、斷面收縮率（）（）%10000AAAk為試樣的原始標(biāo)準(zhǔn)間距和試樣斷裂后標(biāo)距間長(zhǎng)度；為試樣的原始橫截面積和試樣斷裂處的最小橫截面積。用斷面收縮率作為塑性指標(biāo)更合理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理塑性指標(biāo)還可以用鐓粗實(shí)驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定。塑性指標(biāo)還可以用鐓粗實(shí)驗(yàn)和

59、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定。 鐓粗試驗(yàn)（試樣的高度為直徑的鐓粗試驗(yàn)（試樣的高度為直徑的1.51.5倍）中，以出倍）中，以出現(xiàn)第一條裂紋時(shí)的變形程度為塑性指標(biāo)：現(xiàn)第一條裂紋時(shí)的變形程度為塑性指標(biāo)：0H%10000HHHkc注：只有相同的指標(biāo)才能相互比較注：只有相同的指標(biāo)才能相互比較kH試樣原始高度和表面出現(xiàn)第一條裂紋試樣原始高度和表面出現(xiàn)第一條裂紋時(shí)的高度時(shí)的高度 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理鐓粗試驗(yàn)原始樣出現(xiàn)裂紋后的試樣合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理塑性圖：塑性圖

60、： 在不同的變形速度下，在不同的變形速度下，以不同溫度下的各種塑以不同溫度下的各種塑性指標(biāo)（性指標(biāo)（ 、 、 、 、a ak k等）為縱坐標(biāo)、以溫度等）為縱坐標(biāo)、以溫度為橫坐標(biāo)繪制成的函數(shù)為橫坐標(biāo)繪制成的函數(shù)曲線。曲線。碳鋼塑性圖合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理二、影響塑性的因素二、影響塑性的因素 內(nèi)部因素：內(nèi)部因素：化學(xué)成分化學(xué)成分 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)外部因素：外部因素：變形溫度變形溫度 應(yīng)變速度應(yīng)變速度 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理（